2018年，我国航天掀起了史无前例的发射高潮，仅上半年就已完结了18次航天发射，全年更是有望完结超越40次的航天发射。其间包含发射10多颗斗极三号导航卫星、张衡一号电磁监测实验卫星等影响广泛的先进人造地球卫星。可是，最引人瞩目的仍是一个多月前发射的“鹊桥”月球中继卫星和方案年末升空的嫦娥四号落月勘探器，由于它们在国际航天史上都是榜初次，预示着咱们即将在月球的反面打开探究的新天地。

　　我国探月工程又名“嫦娥工程”，分绕月勘探、落月勘探和采样回来勘探，即“绕、落、回”三个发展阶段施行。原定方案是：嫦娥一号绕月勘探器用于完结绕月勘探，嫦娥二号是嫦娥一号的备份；嫦娥三号落月勘探器用于完结落月勘探，嫦娥四号是嫦娥三号的备份；嫦娥五号采样回来勘探器用于完结采样回来勘探，嫦娥六号是嫦娥五号的备份。

　　但在工程施行的过程中，由于嫦娥一号绕月勘探器圆满完结了预订使命，所以作为其备份的嫦娥二号改为用作探月第二阶段的技能先导星；尔后，嫦娥三号落月勘探器也出色完结了预订使命。这时候问题就来了，作为备份的嫦娥四号要做什么呢？

　　很多人建议嫦娥四号仍是落到月球正面，这样比较可靠，技能危险小，以免节外生枝。但嫦娥一号总指挥兼总规划师、嫦娥系列月球勘探器总指挥兼总规划师参谋叶培健院士则建议落到月球反面。他以为，落到月球反面，假如成功了是一大亮点；假如不成功，由于这是人类榜初次，也能够宽恕。单从逻辑学上看，落到月球反面的科学含义便是一句话：反面没去过！叶培健院士用形象的比方来说：嫦娥三号相当于在华北平原着陆，嫦娥四号则相当于在崇山峻岭的云贵川区域着陆。

　　方案年末发射的嫦娥四号将登陆月球反面南极邻近的艾特肯盆地，将国际首个在月球反面软着陆和巡视勘探的航天器。艾特肯盆地是太阳系最大的环形山，也是个陈旧的区域，直径2500千米，最深处为9000米，或许含有许多月球初始的信息，保存了太阳系构成之初的名贵信息，极具探究价值！

　　且月球反面具有不同于月球正面的地质结构，多“山”多“谷”，对研讨月球和地球的前期前史具有重要价值。由于地球上阅历了屡次白云苍狗，前期地质前史的痕迹早已消失殆尽。因而，对月球反面展开描摹、物质组成、月壤和月表浅层结构的就位与巡视归纳勘探，不仅可促进对月球前期演化前史的新认知，对研讨地球的前期前史也有重要价值。

　　接纳悠远天体宣布的射电辐射是研讨天体的重要手法，称为射电观测。由于这些天体的间隔悠远，电磁信号非常弱小，在地球上，日常出产日子的电磁环境会对射电地理观测产生了明显搅扰，因而地理学家一向期望找到一片彻底安静的区域，监听来自世界深处的弱小电磁信号。

　　由于被地球潮汐确定（潮汐确定发生在重力梯度使天体永久以同一面对着另一个天体；例如，月球永久以同一面朝向着地球）、月球的自转与公转周期相平等原因，在地球上永久看不到月球的反面。月球反面可屏蔽来自地球的各种无线电搅扰信号，因而在那里能监测到地上和地球邻近的太空无法分辩的电磁信号，研讨恒星来历和星云演化，有望获得严重地理学作用。

　　地球与月球反面中心永久隔着一个月球，那落在月球反面的嫦娥四号又怎么与地球获得联系呢？这就需求中继卫星，也便是咱们现已先行“铺路”的“鹊桥”。

　　说起中继卫星，咱们最熟知或许是2017年完毕了20年使命的“卡西尼”号土星勘探器。其时陪同“卡西尼”号一路同舟共济前往土星的还有“惠更斯”号，惠更斯”号并没有直接和地球通讯的才能，因而“惠更斯”号的一切数据都经过“卡西尼”号中继。简单说，便是“卡西尼”号接纳来自“惠更斯”号的信号，然后“卡西尼”号调转天线，向地球发送“惠更斯”号的信息。

　　在这个问题之前，咱们要先知道一个概念：拉格朗日点。在天体力学中，拉格朗日点是限制性三体问题的5个特解。大致示意图是这样的：

　　两个天体盘绕运转，在空间中有5个方位能够放入第三个物体（质量忽略不计），并使其坚持在两个天体的相应方位上。抱负状况下，两个同轨迹物体以相同的周期旋转，两个天体的万有引力供给在拉格朗日点需求的向心力，使得第三个物体与前两个物体相对停止。也便是说，从地球（地上站）和月球（嫦娥四号）的视点来说，在这五个点上的卫星看起来是停止不动的。

　　而比较地球中继卫星，“鹊桥”号中继卫星则站的更高，且要勘探月球反面，所以挑选的是地月拉格朗日点L2。可是假如“鹊桥”在L2点上，隔着月球，依然无法与地球获得联系，所以“鹊桥”挑选在地月L2点晕轨迹运转。在这个轨迹上运转的“鹊桥”能够和地月坚持相对安稳停止状况，因而能节约卫星燃料，延伸寿数。“鹊桥”一年只需消耗2千克燃料，而且比运转在其他轨迹都要省许多测控方面的事。

　　在地月L2点晕轨迹的月球中继卫星与地球、月球的相对方位联系（图片来历吴伟仁等（2017）改编）

　　从地球抵达L2点常用两种方案：一是直接搬运，从地球直接经过地月搬运轨迹飞到L2点邻近；二是月球绕掠，飞经月球是凭借月球引力“拐个弯”再飞到L2点，这样省燃料，但消耗时刻长。对无人勘探使命来说，路上多走一两地利刻底子不是事儿，可是节约燃料就重要多了，所以“鹊桥”选用第2种方案。

　　1、“鹊桥”装备了具有高智能化水平、全天候、全地利、全空域运转才能的光纤陀螺惯性丈量单元，然后脱节了之前航天器姿势灵敏器需求凭借地球、太阳等天体来定位的捆绑，大大提高其轨迹操控才能。

　　在“鹊桥”1000米/秒高速在轨飞翔过程中，其速度操控精度差错不大于0.02米/秒，这种超强的自主操控才能，让地上施行轨迹操控周期为7天左右一次，为长时间安稳运转奠定了根底。

　　机”。地上工作人员可一起给这几部“手机”打电话，宣布相同的遥测指令，可有用躲避“因间隔远或其他不知道要素”构成的信号中止、信息传送不精确等问题。

　　3、它还选用了S频段数字化深空应答机。它是我国首台数字化深空应答机，具有对过错数据自我批改的功用，其灵敏度、信号捕获才能等功能更为强壮。

　　4、装备史上最大伞状天线。由于嫦娥四号落月勘探器体积较小，所以装备的天线也不大，通讯信号较弱。为此，“鹊桥”的通讯分系统装有大型伞状高增益天线和螺旋状中增益天线，设置了多种不同码速率。它们具有自适应数字调理才能，然后能克服嫦娥四号信号弱小、不安稳等带来的信号捕捉困难。

　　“鹊桥”的最大特征便是选用4.2米口径的高增益伞状抛物面天线（星载天线金属网），这是人类深空勘探使命史上最大口径的通讯天线。该天线选用整星零动量操控方法，能够完成对地、对月、对日和对惯性空间恣意方针指向与盯梢的三轴安稳操控，为着陆器、巡视器与地上站之间的测控与数据传输供给了有力支撑。

　　它在地、月、星之间建立了三条链路——对月前向链路、对月反向链路以及对地数传链路，这三条链路能够完成“鹊桥”与后续发射的嫦娥四号勘探器的双向通讯，以及“鹊桥”与地上的通讯。

　　5、“鹊桥”上还装载了荷兰的低频射电勘探仪。它能与坐落地球上荷兰境内的低频地理阵列等地上地理观测设备联合，初次展开43万～46万千米基线的地月空间甚长基线干与丈量实验（甚长基线干与丈量是把几个小望远镜联合起来，到达一架大望远镜的观测作用）。它还将与嫦娥四号着陆器上中方研发的低频射电频谱仪之间构成干与丈量，有望对来自世界漆黑时代和拂晓时期的21厘米氢谱线辐射进行勘探，研讨在世界大爆炸后的几千万年到一两亿年间，世界怎么脱节漆黑，点亮了榜首颗恒星。

　　6、“鹊桥”携带了一个1.6千克、170毫米大孔径激光角反射镜，由中山大学研发。它能合作地上0.5米激光发射望远镜和1米激光接纳望远镜，进行精度优于15毫米的单程测距。这是人类前史上最远间隔的纯反射式激光测距实验，达46万千米，可使人类激光测距的纪录再添加约8万千米，并承当“天琴方案”的先导性研讨工作。其原理是将高度同向性脉冲激光束射向放置在卫星外表的角反射镜，经过发送、接纳时刻差计算出星地间隔。现在把握这项技能的国家不多，由于在40万千米左右以外找到并瞄准小小的激光反射镜，难如难如登天。

　　“鹊桥”升空，迈出了我国月球反面着陆与勘探的榜首步。接下来就要看嫦娥四号了。嫦娥四号有三大使命：对月球反面的环境进行研讨；对月球反面的外表、浅深层、深层进行研讨；用低频射电勘探仪勘探世界天体。

　　而听说，嫦娥四号要完成这三项使命，需打破四项关键技能：一是杂乱地势环境条件下的安全着陆；二是地月L2点晕轨迹规划与操控；三是地月L2点远间隔中继通讯；四是同位素温差发电与热电归纳利用。

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